Планировал написать серию полезных статей для новичков о том, как выбрать и приобрести компьютер нужной конфигурации (а также планшет) и для решения определённых задач: работа, учёба, игры, работа с графикой. Перед тем как затронуть непосредственно выбор домашнего компьютера или ноутбука для решения своих задач, правильнее будет сначала объяснить новичкам, из чего вообще состоит компьютер… Поэтому в данной статье я расскажу об основных компонентах типичного домашнего (стационарного) компьютера для того, чтобы вы имели представление как он устроен, как выглядит тот или иной компонент, какие имеет характеристики и за что отвечает. Вся эта информация может пригодиться простым начинающим пользователям при выборе и покупке компьютера… Под «Основными» я имел ввиду те компоненты (комплектующие), которые вынимаются и подлежат простой замене. Проще говоря, я не буду заходить слишком далеко и рассказывать в детальных подробностях, как работает компьютер, объясняя каждый элемент на платах и внутреннее устройство каждого компонента. Данный блог читает очень много новичков, и я считаю, что сразу говорить обо всех сложных процессах и терминах – это не есть хорошо и просто вызовет кашу в голове:)

Итак, переходим к рассмотрению комплектующих любого на примере обычного домашнего компьютера. В ноутбуках и нетбуках вы сможете найти всё тоже самое, просто в гораздо уменьшенном варианте.

Из каких основных компонентов состоит компьютер?

Процессор . Это мозг компьютера. Он является главным компонентом и производит все вычисления в компьютере, контролирует все операции и процессы. Также является одним из самых дорогих компонентов, и цена очень хорошего современного процессора может переваливать за 50 000 рублей.

Бывают процессоры фирмы Intel и AMD. Тут кому что нравится, а так, Интелы меньше нагреваются, потребляют меньше электроэнергии. При всём этом у AMD лучше идёт обработка графики, т.е. больше подошёл бы для игровых компьютеров и тех, где работа будет вестись с мощными редакторами изображений, 3D графики, видео. На мой взгляд эта разница между процессорами не столь существенна и заметна…

Основной характеристикой является частота процессора (измеряется в Герцах. Например 2.5GHz), а также – разъём для подключения к материнской плате (сокет. Например, LGA 1150).

Вот так выглядит процессор (сверху указана фирма и модель):

Материнская (системная) плата . Эта самая большая плата в компьютере, которая является связующим звеном между всеми остальными компонентами. К материнской плате подключаются все остальные устройства, включая периферийные. Производителей материнских плат множество, а на верхушке держатся ASUS и Gigabyte, как самые надёжные и одновременно дорогие, соответственно. Основными характеристиками являются: тип поддерживаемого процессора (сокет), тип поддерживаемой оперативной памяти (DDR2, DDR3, DDR4), форм фактор (определяет в какой корпус вы сможете поместить данную плату), а также – типы разъёмов для подключения остальных компонентов компьютера. Например, современные жесткие диски (HDD) и диски SSD подключаются через разъёмы SATA3, видеоадаптеры – через разъёмы PCI-E x16 3.0.

Вот так выглядит материнская плата:

Память . Тут разделим её на 2 основных типа, на которые важно будет обратить внимание при покупке:




1. Видеокарта (видеоадаптер или «видюха», как называют её более-менее продвинутые пользователи компьютеров). Это устройство отвечает за формирование и вывод изображения на экран монитора или любого другого аналогичного подключенного устройства. Видеокарты бывают встроенными (интегрированными) и внешними (дискретными). Встроенная видеокарта на сегодняшний день имеется в подавляющем большинстве материнских плат и визуально мы видим лишь её выход – разъём для подключения монитора. Внешняя видеокарта подключается к плате отдельно в виде ещё одной платы со своей системой охлаждения (радиатор или вентилятор).

   Какая разница между ними, спросите вы? Разница в том, что встроенная видеокарта не предназначена для запуска ресурсоёмких игр, работы в профессиональных редакторах изображения и видео. Ей просто не хватит мощности для обработки такой графики и всё будет сильно тормозить. Встроенная видюха на сегодняшний день может использоваться скорее как запасной временный вариант. Для всего остального нужна хоть какая-то простенькая внешняя видеокарта и какая именно уже зависит от предпочтений пользования компьютером: для интернет-сёрфинга, работы с документами или же для игр.

   Основной характеристикой видеокарты является: разъём для подключения к плате, частота графического процессора (чем она больше, тем лучше), объём и тип видеопамяти, разрядность шины видеопамяти.

   Вот так выглядит видеокарта:

   Звуковой адаптер . В каждом компьютере имеется, как минимум, встроенная звуковая карта и отвечает, соответственно, за обработку и вывод звука. Очень часто именно встроенная и далеко не все покупают себе дискретную звуковую карту, которая подключается к материнской плате. Лично мне, например, встроенной вполне достаточно и на этот компонент компьютера я, в принципе, и внимания вообще не обращаю. Дискретная звуковая карта будет выдавать намного качественнее звук и незаменима если вы занимаетесь музыкой, работаете в каких-либо программах для обработки музыки. А если ничем подобным не увлекаетесь, то можно спокойно пользоваться встроенной и не задумываться об этом компоненте при покупке.

   Вот так выглядит дискретная звуковая карта:

   Сетевой адаптер . Служит для подключения компьютера к внутренней сети и к интернету. Также, как и звуковой адаптер, очень часто может быть встроенным, чего многим достаточно. Т.е. в таком случае в компьютере вы не увидите дополнительной платы сетевого адаптера. Основной характеристикой является пропускная способность, измеряемая в Мбит / сек. Если на материнской плате имеется встроенный сетевой адаптер, а он, как правило, имеется в подавляющем большинстве материнских плат, то и новый покупать для дома не за чем. Определить его наличие на плате можно по разъёму для подключения интернет-кабеля (витая пара). Если такой разъём имеется, значит в плате есть встроенный сетевой адаптер, соответственно.

   Вот так выглядит дискретная сетевая карта:

   Блок питания (БП) . Очень важный компонент компьютера. Он подключается к электросети и служит для снабжения постоянным током всех других компонентов компьютера, преобразуя сетевое напряжения до требуемых значений. А устройства компьютера работают на напряжениях: +3.3В, +5В, +12В. Отрицательные напряжения практически не используются. Основной характеристикой блока питания является его мощность и измеряется, соответственно, в Ваттах. В компьютер ставится блок питания с такой мощностью, чтобы её хватило для питания всех компонентов компьютера. Больше всего будет потреблять видеоадаптер (потребляемая им мощность будет обязательно указана в документации), поэтому ориентироваться нужно на него и брать просто с небольшим запасом. Также блок питания должен иметь все необходимые разъёмы для подключения ко всем имеющимся компонентам компьютера: материнской плате, процессору, HDD и SSD дискам, видеоадаптеру, дисководу.

   Вот так выглядит блок питания:

   Дисковод (привод) . Это уже дополнительное устройство, без которого, в принципе, можно и вообще обойтись. Служит, соответственно, для чтения CD/DVD/Blu-Ray дисков. Если планируется на компьютере читать или записывать какие-либо диски, то, конечно же, такое устройство необходимо. Из характеристик можно отметить только способность дисковода читать и записывать различные типы дисков, а также разъём для подключения к плате, который на сегодняшний день практически всегда – SATA.

   Вот так выглядит дисковод:

Всё что перечислено выше – основное, без чего, как правило, не обходится ни один компьютер. В ноутбуках всё аналогично, только часто может отсутствовать дисковод, но это уже зависит от того, какую модель вы выбираете и нужен ли вам вообще этот дисковод. Также могут быть и другие компоненты, которые тоже будут подключаться к материнской плате, например: Wi-Fi адаптер, TV тюнер, устройства для видео захвата. Могут быть и другие дополнительные компоненты, которые являются совсем не обязательными, поэтому останавливаться на них пока что не будем. Сейчас практически в каждом ноутбуке имеется Wi-Fi адаптер для подключения к интернету по беспроводной сети, а также бывает и встроенный TV-тюнер. В стационарных домашних компьютерах, всё это приобретается, как правило, отдельно!

Корпус компьютера

Все те основные компоненты, которые я перечислил выше, должны быть где-то расположены, а не просто валяться на полу, верно? :) Все компоненты компьютера помещаются в специальный корпус (системный блок) для того чтобы исключить на них внешнее воздействие, защитить от повреждений и поддерживать внутри корпуса нужную температуру за счёт имеющихся в нём вентиляторов. Также запускаете вы свой компьютер именно при помощи кнопки на корпусе, поэтому без корпуса никак не обойтись:)

Корпуса бывают разного размера и в самый маленький корпус, понятное дело, не поместится, например, стандартная материнская плата. Поэтому основной характеристикой корпуса является формфактор поддерживаемых материнских плат. Если Самые большие корпуса (Full Tower) способны вместить в себя платы любого размера и любые компоненты так, что ещё и будет более-менее свободно и в случае необходимости вынуть какой-либо из компонентов, не возникнет неудобств.

Вот так выглядит корпус компьютера:

Монитор

Также, уже вне корпуса, будет расположено ещё одно важное устройство – монитор. Монтитор подключается проводом к материнской плате и без него вы, соответственно, не увидите всего что делаете на компьютере:) Основными параметрами монитора являются:

Диагональ экрана в дюймах;

Поддерживаемое разрешение экрана, например, 1920×1080. Чем оно больше, тем лучше;

Угол обзора. Влияет на то, как будет видно изображение если смотреть на монитор со стороны или чуть выше / ниже. Чем больше угол обзора, тем лучше.

Яркость и контрастность. Яркость измеряется в кд/м2 и в хороших моделях лежит за пределами 300, а контрастность должна быть не менее 1:1000 для хорошего отображения.

Вот так выглядит монитор:

Помимо перечисленных выше основных компонентов компьютера, существуют ещё и периферийные устройства. Периферией называют различные дополнительные и вспомогательные устройства, которые позволяют расширить возможности компьютера. Сюда относится множество устройств, например: компьютерная мышь, клавиатура, наушники, микрофон, принтер, сканер, копир, графический планшет, джойстик, web-камера.

Все эти устройства уже удобно будет затронуть в отдельных темах, поскольку каждое из них имеет свои характеристики и особенности. Клавиатуру и мышь выбрать проще всего, главное, чтобы подключение к компьютеру было по USB или же вообще по радиоканалу без провода, а все остальные параметры подбираются уже индивидуально и здесь главное, чтобы просто было удобно.

О выборе самых основных периферийных устройств читайте в статье:

На этом разбор компонентов компьютера я заканчиваю. Надеюсь, что подобная статья окажется для новичков в какой-то степени полезной и те, кто совсем не понимали, что находится в компьютере и для чего нужно, теперь смогу более-менее представить себе:) Также данная информация, я думаю, станет полезна при выборе компьютера и тем более последующие статьи как раз будут о выборе и покупке домашнего компьютера.

Всем хорошего дня! Пока;)

Что такое компьютер . Компьютер, как следует из его названия (на английском слово computer произошло от слова compute – считать, вычислять) – это вычислительное устройство . На самом деле, кроме как считать, считать много и быстро компьютер ничего более и не умеет. Различные периферийный устройства вывода, такие как монитор, принтер, аудио аппаратура, веб-камера и т.п. просто способны по-разному результаты этих вычислений преобразовывать в понятные нам сигналы. Различные устройства ввода (клавиатура, манипуляторы, планшеты и т.д.) занимаются обратной задачей: преобразованием внешних воздействий в понятные компьютеру наборы команд и данных. То, без чего компьютер просто не может существовать – это центральный процессор и запоминающее устройство (память компьютера). Первое умеет считать, а второе – хранить исходные данные и результаты вычислений. Компьютер производит вычисления по заранее заложенной в него программе. Программы пишут люди, а дело компьютера – их выполнять. Об этом чуть более подробно в конце материала, а сейчас вкратце о том, в каком виде компьютер воспринимает информацию.

Часть 1. Особенности представления информации в компьютере

Минимальной единицей информации для компьютера является один бит , который может принимать два значения. Одно из значений считают равным 1, а другое 0. На уровне “железа” (аппаратной части компьютера) единица информации представлена триггерами – классом электронных устройств, которые обладают возможностью длительно оставаться в одном из двух состояний. Значение выходного напряжения таких электронных устройств может иметь два значения, одно из которых ассоциируют с нулем, а другое с единицей. Если бы на базе полупроводников можно было легко и эффективно создавать электронные устройства, способные подолгу находиться, например, в трех или четырех состояниях, то и битом тогда считали бы единицу информации, принимающую три и более разных значений. Поскольку все же современные компьютеры построены на базе триггеров, то и система счисления в них используется двоичная.

Что такое система счисления . Система счисления – это способ представления числовой информации, определяемый набором символов. Для нас привычной является десятичная система счисления, представленная набором цифр от 0 до 9. Компьютеру для представления информации достаточно двух символов: 0 и 1. Почему это так - я попытался ответить чуть выше, когда описывал природу триггеров – аппаратной основы современных компьютеров. Как представляются числа в различных системах счисления, я покажу на примере десятичной, двоичной и шестнадцатеричной систем. Последняя широко используется в низкоуровневом программировании, поскольку более компактна, чем двоичная, а числа, представленные в 16-ричной легко перевести в 2-ю и наоборот.

Десятичная система счисления “СИ10”: {0,1,2,3,4,5,6,7,8,9}. Двоичная система счисления “СИ2”: {0,1} Шестнадцатеричная система счисления “СИ16”: {0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,A,B,C,D,E,F} (для обозначения чисел 10, 11, 12, 13, 14 и 15 используются символы A, B, C, D, E и F)

Итак, пример: рассмотрим, как представляется число 100 с использованием этих систем.

“СИ10”: 100=1*100 +0*10+0*1 “СИ2” : 01100100=0*128+1*64 +1*32 +0*16+0*8+1*4 +0*2+0*1 “СИ16”: 64=6*16+4*1

Все это различные позиционные системы счисления с разным основанием . Позиционными системами счисления называют те системы, в которых вклад в общую сумму от каждого разряда определяется не только значением этого разряда, но и его позицией. Примером не позиционной системы счисления является римская система с ее L,X,V,I. Получаем, что значение числа, которое обозначается в позиционной системе счисления с определенным основанием, вычисляется следующим образом:

N=D 0 *B 0 +D 1 *B 1 +…+D n-1 *B n-1 +D n *B n , где D i – величина разряда на i-м месте, начиная с 0, а B – основание системы счисления. Не забываем, что B 0 =1.

Как перевести число из шестнадцатеричной системы в двоичную и наоборот . Все просто, каждый разряд в 16-ричной системы переводите в 4 разряда двоичной системы и записывайте результат последовательно хоть слева направо, хоть справа налево. Наоборот: разбиваете двоичное число на тетрады (по 4 разряда строго справа налево) и каждую тетраду отдельно заменяете на один из символов 16-ричной системы счисления. Если последняя тетрада оказалась неполной, до дополняете ее нулями слева. Пример:

1010111100110 -> 0001(1).0101(5).1110(14).0110(6) -> 15E6

Для того, чтобы быстро умножить или разделить число на основание системы счисления, достаточно просто сдвинуть все разряды влево (умножение) и вправо (деление). Умножение на 2 в двоичной системе счисления называют сдвигом влево (в конце добавляется 0), а целочисленное деление на 2 – сдвигом вправо (последний символ убирается). Пример:

11011(27) > 1101(13)

Единицы информации компьютера . С минимальной единицей информации в вычислительной технике разобрались – это бит. Но минимальным адресуемым набором информации является не бит, а байт – набор информации, представленный 8-ю битами и, как следствие, способный хранить 256 (2 8) различных значений. Что значит минимальный адресуемый набор информации ? Это значит, что вся память компьютера поделена на участки, каждый из которых имеет свой адрес (порядковый номер). Минимальный размер такого участка – байт. Я, конечно, упрощаю картину, но на данный момент такого представления достаточно. Почему именно 8 бит? Так сложилось исторически, а впервые 8-ми битовая (байтовая) адресация была применена в вычислительных машинах компании IBM. Наверное, сочли удобным, что единицу информации легко представить ровно двумя символами шестнадцатеричной системы счисления. А теперь развеем мифы насчет объемов данных, обозначаемых практически всем знакомыми словами килобайт , мегабайт , гигабайт , терабайт и т.д.

1 килобайт (кб) = 2 10 байт = 1024, а не 1000 байт. 1 мегабайт (мб) = 2 20 байт = 1048576 байт = 1024 килобайт, а не 1000.000 байт. 1 гигабайт (гб) = 2 30 байт, 1 терабайт (тб) = 2 40 байт и т.д.

Часть 2. Устройство компьютера

Как устроен компьютер . Или из чего состоит компьютер . Дальнейшее повествование будет построено следующим образом. Описание устройства компьютера будет представлено на различных уровнях. На первом уровне я обозначу основные составляющие современного компьютера, на втором и последующих уровнях буду более детально описывать каждую его часть. Для быстрого поиска нужной вам информации пользуйтесь следующей навигацией.

Уровень 1. Общее устройство компьютера

Системный блок

Системный блок компьютера – это тот самый ящик, из которого торчит шнур питания, к которому подключены монитор, клавиатура, мышь и принтер, и в который вставляют компакт диски, флешки и прочие внешние устройства. Можно сказать, что все устройства, которые подключены к системному блоку извне являются периферийными устройствами – выполняющими второстепенные задачи компьютера. Ну а в самом системном блоке находится все самое ценное и необходимое: блок питания, системная материнская плата и центральное процессорное устройство (центральный процессор) - “мозги” компьютера. А также, модули управления периферийными устройствами (контроллеры), видео и звуковая карты, сетевая карта и модем, транспортные магистрали для передачи информации (шины) и много еще чего полезного. Тем не менее, все это в первую очередь справедливо для домашних и офисных компьютеров. Например, глядя на ноутбук, сложно сказать, где у него заканчивается системный блок, и начинаются периферийные устройства. Все это деление условно, тем более что есть еще и коммуникаторы, планшетные компьютеры и прочие портативные вычислительные устройства.

К этой категории относят все устройства, которые позволяют вводить информацию в компьютер. Например, клавиатура, мышь, джойстик, веб камера и сенсорный экран позволяют это делать человеку, а устройство чтения компакт-дисков или карты памяти просто считывает информацию с внешнего носителя автоматически. К устройствам ввода чаще относят только средства ввода информации человеком, а все остальные называют приводами внешних носителей данных .

Это устройства, которые предназначены для вывода результатов вычислений компьютера. Монитор выводит информацию в графическом электронном виде, принтер делает практически то же самое, но на бумаге, а аудио система воспроизводит информацию в виде звуков. Все это средства обратной связи с человеком в ответ на ввод им информации через устройства ввода.

Прочие устройства

К этой категории можно отнести любые подключаемые к компьютеру устройства от флеш карт и портативных жестких дисков, до модемов (в том числе wi-fi), роутеров и т.п. Классифицировать устройства – дело неблагодарное, поскольку делать это можно абсолютно по-разному, и всегда можешь оказаться прав. Например, встроенный модем сложно отнести к периферийным устройствам, хотя внешний модем выполняет абсолютно те же функции. Модем – это устройство для организации связи между компьютерами, и абсолютно не важно, где он находится. То же самое можно сказать про сетевую карту. Жесткий диск – это, прежде всего, энергонезависимое запоминающее устройство, которое может быть как внутренним, так и внешним. Приведенная выше классификация оборудования компьютера опирается в первую очередь на физическое месторасположения того или иного устройства в классическом персональном компьютере и только потом на его назначение. Это всего лишь один из способов классификации и не более того.

Уровень 2. Начинка системного блока современного компьютера

Для начала пару слов о быстродействии компьютера . Это свойство характеризуется тактовой частотой и производительностью системы. Чем они выше – тем быстрее работает компьютер, но это не синонимы. Производительность любого компонента системы – это количество выполняемых им элементарных операций в секунду. Тактовая частота – это частота синхронизирующих импульсов, подаваемых на вход системы генератором тактовых импульсов, что, в свою очередь, и определяет количество выполняемых последовательно операций за единицу времени. Но производительность можно увеличить, обеспечив возможность выполнять элементарные операции параллельно при той же тактовой частоте, примером чего является многоядерная архитектура центрального процессора. Таким образом, нужно оценивать не только тактовую частоту, с которой работает процессор, но и его архитектуру.

Теперь о компонентах компьютера. С корпусом и блоком питания, я думаю, все понятно и без комментариев. Системная материнская плата и центральный процессор – это сердце компьютера и именно они занимаются управлением процессами вычислений. О них более подробный рассказ чуть ниже. Шины – это средство передачи информации между различными устройствами компьютера. Шины делятся на шины управления , которые передают коды команд; адресные шины , которые, как следует из их названия, служат для передачи адреса определенного контекстом команды набора аргументов или адреса, куда следует поместить результат; и шины данных , которые передают, непосредственно, сами данные - аргументы и результаты выполнения команд. Контроллеры – это микропроцессорные устройства, предназначенные для управления жесткими дисками, приводами внешних носителей информации и прочими видами устройств. Контроллеры – это посредники между инфраструктурой центрального процессора и конкретным устройством, подключенным к компьютеру. Жесткий диск – это энергонезависимое устройство хранения информации. Энергонезависимость запоминающего устройства – это его способность не утрачивать информацию после отключения питания. Помимо пользовательских данных, жесткий диск содержит программный код операционной системы, включая драйверы различных устройств. Драйвер устройства – это программа, управляющая его контроллером. Операционная система, например, Microsoft Windows, управляет всеми устройствами посредством драйверов, которые имеют понятный ей программный интерфейс. Драйверы, как правило, разрабатываются поставщиками комплектующих компьютера отдельно для каждого вида операционной системы. Также, системный блок не может обойтись без системы охлаждения и панели управления, позволяющей включать и выключать компьютер.

Уровень 3. Как работает компьютер

Как в компьютере представлены данные . Все данные для компьютера – это набор чисел. Как хранятся положительные целые числа , я рассказал в самом начале. Данные, которые могут быть как положительными, так и отрицательными, в первом разряде (в 1-м бите) хранят знак (0-плюс, 1-минус). Про особенности хранения вещественных чисел рассказывать подробно не буду, но следует знать, что вещественные числа в компьютере представляются с помощью мантиссы и экспоненты . Мантисса - это правильная дробь (числитель меньше знаменателя), у которой первый знак после запятой больше нуля (в двоичной системе это означает, что после запятой первый разряд - 1). Значение вещественных чисел вычисляется по формуле D=m*2 q , где m – мантисса, а q -экспонента, равная log 2 (D/m). В памяти компьютер хранит не саму мантиссу, а ее значащую часть - знаки после запятой. Чем больше разрядов (битов) выделено под мантиссу, тем выше точность представления вещественных данных. Пример:

Число ПИ в десятичной системе счисления выглядит примерно так: ПИ=3,1415926535... Приведем число к виду правильной дроби, умноженной на 10 в соответствующей степени: ПИ=3,1415926535 = 0.31415926535*10 1 =m*10 q , где m=0.31415926535, q=1.

Таким образом, мы представили вещественное число в виде двух целых чисел, поскольку для хранения мантиссы достаточно хранить только знаки после запятой (31415926535). Нужно учитывать, что и мантисса и экспонента могут быть как положительными, так и отрицательными числами. Если число отрицательное, то и мантисса отрицательная. Если число меньше одной десятой, то экспонента отрицательная (в десятичной системе счисления). В двоичной системе счисления экспонента отрицательная, если число меньше 0.5. Теперь попробуем проделать то же самое в двоичной системе счисления.

Немного округлим исходное число: ПИ 10 =3.1415=3+0.1415 Итак, 3 в двоичной системе это 11. Теперь разберемся с дробной частью. 0.1415=0 *0.5+0 *0.25+1 *0.125+…= 0 *2 -1 +0 *2 -2 +1 *2 -3 +… В итоге получим примерно следующее: ПИ 2 =11,001001000011=0.11001001000011*2 2 =m*2 q , где m=0.11001001000011, а q=2.

Теперь должно стать понятным, что я имел в виду под точностью представления вещественных чисел. На мантиссу потрачено 14 разрядов, а для числа ПИ удалось сохранить только лишь несколько знаков после запятой (в десятичной системе счисления). Также, работая на компьютере, можно столкнуться со следующей формой записи числа:

6,6725E-11 Это не что иное, как 6,6725*10 -11 Текст – это последовательность символов, а каждый символ имеет свой числовой код. Кодировок текста существует несколько. Наиболее известные и широко применяемые кодировки текста – это ASCII и UNICODE. Графика – это последовательность точек, каждая из которых соответствует определенному цвету. Каждый цвет представлен 3-мя целыми числами: составляющей красного (red), зеленого (green) и синего (blue) цветов RGB палитры. Чем больше разрядов отводится под хранение цвета, тем большим спектром цветов вы можете оперировать. Видео – это просто последовательность статических кадров. Существуют технологии сжатия видео, которые, к примеру, отдельные участки видео хранят как один кадр и последовательность дельт – отличий последующих кадров от предыдущего. При условии, что соседние кадры отличаются не абсолютно всеми точками (например, мультипликация), такой подход позволяет сэкономить на общих объемах материала. Звук – это сигнал, который из аналогового представления можно перевести в цифровое путем дискретизации и квантования (оцифровки). Естественно, что оцифровка приведет к потере качества, но такова цена цифрового звучания.

Как организован процесс вычислений . Материнская плата – это печатная плата, на которой установлен центральный процессор (ЦП ). Также, через специальные разъемы к материнской плате подключены модули оперативной памяти, видеокарта, звуковая карта и прочие устройства. Материнская плата – это агрегирующее звено в архитектуре современного компьютера. Материнская плата снабжена системным контроллером (северный мост ), обеспечивающим связь центрального процессора с оперативной памятью и графическим контроллером, а также, периферийным контроллером (южный мост ), отвечающим за связь с контроллерами периферийных устройств и постоянным запоминающим устройством. Северный и Южный мост вместе образуют чипсет материнской платы - ее базовый набор микросхем. Оперативная память или оперативное запоминающее устройство (ОЗУ ) – это энергозависимая память компьютера, в которой хранятся исполняемый и сами данные программы. Объем оперативной памяти влияет на производительность компьютера, поскольку именно ОЗУ определяет объем обрабатываемой в каждый момент времени информации. Постоянное запоминающее устройство (ПЗУ ) – это энергоне зависимая память компьютера, которая хранит самую важную для него информацию, в том числе программу первоначальной загрузки компьютера (до загрузки операционной системы) – BIOS (basic input/output system - базовая система ввода-вывода). Данные ПЗУ обычно записывает производитель материнской платы. Видеокарта – это самостоятельная плата со своим процессором и своей оперативной памятью (видеопамять), предназначенная для быстрого преобразования графической информации в тот вид, который можно напрямую вывести на экран. Процессор видеокарты оптимизирован для работы с графикой, в том числе, для обработки трехмерной графики. Тем самым, процессор видеокарты разгружает центральный процессор от такого вида работ. Чем выше объем видеопамяти, тем быстрее и чаще компьютер способен обновлять данные на экране, и тем шире может быть спектр используемых цветов. Центральное процессорное устройство (ЦПУ) может состоять из нескольких процессоров, каждый из которых способен параллельно остальным выполнять свою программу. Раньше процессор и ядро процессора были синонимами. Сейчас ЦПУ может состоять из нескольких процессоров, а каждый процессор из нескольких ядер. Ядро микропроцессора – это арифметико-логическое устройство (АЛУ ), контроллер ядра и набор системных регистров . АЛУ, как следует из его названия, умеет выполнять с числами, загруженными в регистры . Набор регистров служит для хранения адреса текущей команды (команды хранятся в оперативной памяти, а регистр IP (Instruction Pointer) указывает на текущую команду), адресов загружаемых для выполнения команды данных и самих данных, включая результат выполнения команды. Ядро, собственно, и управляет всем этим процессом, выполняя низкоуровневые команды процессора. К таким командам относятся загрузка данных в регистры, выполнение арифметических операций, сравнение значений двух регистров, переход к следующей команде и т.д. Сам микропроцессор обменивается данными с оперативной памятью посредством контроллера оперативной памяти. Хотя время доступа к оперативной памяти намного меньше, чем, к примеру, время доступа к информации на жестком диске, но при интенсивных вычислениях всех же это время становится заметным. Для организации хранения данных, время доступа к которым должно быть минимальным, служит сверхоперативная память (кэш память).

Кто или что управляет процессом вычислений . Процессом вычислений, как я уже сказал в начале, управляет компьютерная программа. Программы пишутся на различных языках программирования и чаще всего на . Основными высокого уровня являются: объявление переменных различных типов, выполнение арифметических и логических операций, условные операторы и циклы. Человеку, программирующему на языке высокого уровня не нужно задумываться, как обрабатываемая им информация представляется в компьютере. Все вычисления, в основном, описываются в привычной для него десятичной системе счисления. Программист определяет в том виде, в котором ему удобно. В его распоряжении серьезный арсенал уже готовых программных компонентов, решений и технологий программирования: , средства организации , сервисы работы с и т.д. и т.п. Далее, специальные программы, называемые компиляторами, переводят текст программы в машинный код – на язык команд, понятный центральному процессору компьютера. Как выглядит программа на языке программирования высокого уровня можно, к примеру, посмотреть на страницах этого сайта, а как выглядит программа на языке низкого уровня, приближенного к машинному коду (), смотрите ниже (эта программа всего лишь выводит сообщение “Hello, world”).

386 .model flat, stdcall option casemap:none include \masm32\include\windows.inc include \masm32\include\kernel32.inc includelib \masm32\lib\kernel32.lib .data msg db "Hello, world", 13, 10 len equ $-msg .data? written dd ? .code start: push -11 call GetStdHandle push 0 push OFFSET written push len push OFFSET msg push eax call WriteFile push 0 call ExitProcess end start

Один оператор на языке высокого уровня трансформируется в десятки, а то и сотни строк машинного кода, но поскольку это происходит автоматически, то переживать по этому поводу не стоит. В момент запуска программы, операционная система выделяет ей отдельный , загружает машинный код в оперативную память, инициализирует регистры (в регистр IP помещает адрес самой первой инструкции), и вычислительный процесс начинается.

Считаю, что в рамках этого материала рассказ о том, как устроен современный компьютер, можно закончить. Теперь вы знаете в общих чертах, из чего он состоит и как работает, а детали без труда найдете в интернете.

Любой автомобильный двигатель - сердце машины. Сегодня производителями изготавливаются моторы разного типа и модификаций. Все они конструктивно отличаются между собой, поэтому выбирая транспортное средство, необходимо знать, какой агрегат в нём установлен, его принцип работы, технические характеристики, преимущества и недостатки. Существуют компрессорный, турбированный и атмосферный двигатель.

Классификация атмосферных моторов

Атмосферник - двигатель внутреннего сгорания , в который через фильтры поступает воздух, где он смешивается с топливом. Полученная смесь попадает в камеру сгорания, воспламеняется и приводит в движение поршни, благодаря ему поддерживается вся работа автомобиля.

Двигатели внутреннего сгорания, преобразующие энергию тепла от сгорания топлива в механическую энергию движения, делятся на три группы:

• дизельные;
• газовые;
• бензиновые.

Ещё в 19 столетии был создан первый бензиновый двигатель, который за время существования претерпел много изменений. Он нашёл широкое применение в автомобилестроении наряду с дизельным агрегатом. Газовый применяется только как дополнительный элемент к бензиновому мотору.

По способу подачи топлива все атмосферные агрегаты классифицируются на 2 типа:

• карбюраторные;
• инжекторные.

Карбюратор представляет собой узел системы питания мотора. В нём топливо смешивается с определённой частью воздуха, образуя воздушно-топливную смесь. Полученная смесь в наиболее приемлемом количестве и составе подаётся в цилиндры самого двигателя.

Инжектор или специальная форсунка - это электронно-механический узел в автомобиле, задача которого распылять топливо прямым впрыском непосредственно в цилиндр или во впускной коллектор.

Инжектор выигрывает у карбюратора по показателям эффективности. Карбюраторный агрегат потребляет больше топлива, содержание вредных веществ в выхлопе увеличивается, так как топливо сгорает менее полноценно. Управление системой требует ручной настройки.

Принцип работы

Понятие «атмосферный» говорит о том, что при горении топлива в цилиндрах принимает участие атмосферное давление. Атмосферники громоздкие и тяжёлые, поэтому конструкторы со временем нашли способ усовершенствовать их за счёт компрессоров или турбин. Тем не менее эти двигатели по-прежнему востребованы. Они устанавливаются на авто любого класса, но чаще всего на бюджетные легковые автомобили.

Двигатель работает за счёт энергии , вырабатываемой при воспламенении смеси топлива с воздухом, профильтрованным через воздушный фильтр. Эта энергия взрыва толкает поршень вниз, заставляя коленчатый вал вращаться. Вращательные движения коленвала передаются через муфту сцепления и систему трансмиссии на вращение колёс.

Агрегат работает повторяющимися одинаковыми циклами, каждый из которых состоит из четырёх тактов:

1. Впуск воздушно-топливной смеси.
2. Сжатие.
3. Воспламенение.
4. Выпуск отработанных газов.

Во время такта впуска выпускной клапан закрыт, а впускной открыт. Смесь топлива с воздухом при этом всасывается через впускной клапан в цилиндр.

С завершением хода поршня вниз впускной такт заканчивается. Горючее с воздухом втягивается в цилиндр, начинает всё больше сжиматься при подъёме поршня вверх.

Когда поршень закончит свой ход вверх, через свечу зажигания проходит электрический ток, вызывая в нём искровой разряд, немедленно взрывающий горючую смесь. Энергия взрыва опускает поршень, заставляя коленчатый вал вращаться. Эта и есть та сила, которая вращает колёса.

При завершении хода поршня вниз открывается выпускной клапан. Так как поршень начинает опять идти вверх, отработанный газ выталкивается из цилиндра через выпускной клапан. Коленчатый вал приводится во вращение дважды, пока поршень проходит через все 4 такта.

Непрерывная работа двигателя образуется постоянным повторением этих тактов - вот что значит атмосферный двигатель.

Устройство атмосферника

Как устроен двигатель, можно рассмотреть на примере четырёхтактного атмосферного. По функциям детали мотора разделяются примерно на 4 группы:

1. Для обеспечения впуска и воспламенения топливно-воздушных смесей. К этой группе относятся головка блока цилиндров и клапанный механизм.
2. Детали для обеспечения сжатия воздушно топливной смеси. Эта группа состоит из поршней, поршневых колец, блока цилиндра, клапана.
3. Для передачи энергии мотора. В группе находятся шатуны, коленчатый вал, подшипники и маховики, их можно купить здесь: /uzp.net.ua/ru/podshypnyky/ .
4. Детали для выработки искровых вспышек. Группу наполняют свечи зажигания и распределители.

Взаимодействие этих деталей мотора обеспечивает главное вращение колёс.

Головка блока цилиндров

Это главная часть двигателя, расположенная непосредственно над блоком цилиндров. Она постоянно подвергается действию сгорающих газов, имеющих высокую температуру и давление. Деталь делают из листового железа или из сплава алюминия с высокопрочными и высокотемпературными добавками.

Основание головки блока цилиндра углублено, образует вместе с поршнем и цилиндром камеру сгорания. Коэффициент полезного действия двигателя сильно зависит от формы камеры сгорания, а также от расположения клапанов и свечей зажигания.

Клапаны и сопутствующие детали

Современные четырёхтактные двигатели имеют 4 клапана для каждого цилиндра: 2 впускных и 2 выпускных. Для обеспечения эффективного впуска впускной клапан имеет больший диаметр, чем выпускной. Они изготавливаются из высокотемпературного никеля или хромированной стали.

Каждый клапан имеет сопутствующие детали: седло и пружина, которая является спиральной и создаёт тесный контакт с седлом, предотвращая утечку газа. Обычно в двигателях используется одна пружина, но в некоторых видах устанавливают по 2 штуки для каждого клапана.

Когда клапан закрыт, седло находится в плотном контакте с его поверхностью, чтобы обеспечить непроницаемость камеры сгорания.

Блок цилиндров образует каркас двигателя. Совместно с поршнями блок цилиндров играет важную роль в обеспечении преодоления давления сжатия и сгорания. Для минимизации износа деталей и утечек газа внутренняя поверхность каждого цилиндра отделена под высокое давление хромированием.

Отверстие цилиндра делается круговым. Однако верхняя часть цилиндра и поршня благодаря высокому давлению и температуре страдает от износа. Позже зазор между поршневыми кольцами и цилиндром увеличивается, приводя к потерям сжатия.

Поршень мотора

Деталь двигается в цилиндре вверх и вниз под действием давления, образующего взрывами топливно-воздушной смеси. При этом поршень через поршневой палец и шатун вращает коленчатый вал. Сечение поршня не является правильным кругом: диаметр в направлении поршневого пальца делается немного меньше для утечки теплового расширения.

Головка поршня становится гораздо горячее и расширяется больше, чем юбка. Для компенсации разницы в тепловом расширении диаметр поршня вверху сделан меньше, чем внизу. Кольца препятствуют утечкам под давлением сжатия смеси через зазор между цилиндром и поршнем. Обычно каждый поршень имеет 3 кольца.

Шатун агрегата

Он связывает поршень с коленчатым валом так, что вертикальное движение поршня преобразуется во вращательное движение коленвала. Поскольку шатун подвержен непрерывно действующим силам сжатия и растяжения, он должен быть довольно прочным и хорошо закреплённым, чтобы выдерживать эти нагрузки.

Коленчатый вал

Эта деталь преобразует через шатун прямолинейное движение каждого поршня во вращательное движение. Он состоит из шатунных шеек, которые передают силу поршней и валу, коленных шеек, регулирующих вращение вала и балансировочных грузов, обеспечивающих хорошее, сбалансированное вращение вала.

Коленвал вращается с большой скоростью, подвергаясь сильным нагрузкам от поршней, поэтому он должен быть довольно прочным и закреплённым, а также хорошо сбалансированным как статически, так и динамически.

Достоинства и недостатки

Многие автомобилисты до сих пор выбирают атмосферные агрегаты благодаря их преимуществам:

• простота строения обеспечивает лёгкость в их обслуживании, возможность устранить неисправность самостоятельно и небольшие расходы;
• простой принцип работы;
• низкий расход масла: около 200−500 г на 10 тыс. км;
• замена масла через 15 тыс. - 20 тыс. км;
• хорошо справляется с низкокачественным топливом;
• быстрый прогрев двигателя;
• способность пройти без капитального ремонта свыше 500 тыс. км.

Из недостатков агрегата наиболее существенными по сравнению с турбированным двигателем являются:

• выше расход топлива;
• ниже мощность, динамичность и экологичность.

Развитие перспективных атмосферных двигателей идёт в направлении усовершенствования рабочего процесса, в увеличении степени сжатия и управлении фазами газораспределения, в применении впрыска топлива в цилиндры, уменьшении механических потерь и затрат на вспомогательное оборудование.

Современного потребителя электроники очень сложно удивить. Мы уже привыкли к тому, что наш карман законно занимает смартфон, в сумке лежит ноутбук, на руке послушно отсчитывают шаги «умные» часы, а слух ласкают наушники с активной системой шумоподавления.

Забавная штука, но мы привыкли носить с собой не один, а сразу два, три и более компьютеров. Ведь именно так можно назвать устройство, у которого есть процессор . И вовсе неважно, как выглядит конкретный девайс. За его работу отвечает миниатюрный чип, преодолевший бурный и стремительный путь развития.

Почему мы подняли тему процессоров? Все просто. За последние десять лет произошла настоящая революция в мире мобильных устройств.

Между этими устройствами всего 10 лет разницы. Но Nokia N95 тогда нам казалась космическим девайсом, а на ARKit сегодня мы смотрим с определенным недоверием

А ведь все могло бы сложиться иначе и потрепанный Pentium IV так бы и остался пределом мечтаний рядового покупателя.

Мы постарались обойтись без сложных технических терминов и рассказать, как работает процессор, и выяснить, за какой архитектурой будущее.

1. С чего все началось

Первые процессоры были абсолютно не похожи на то, что вы можете видеть, приоткрыв крышку системного блока вашего ПК.

Вместо микросхем в 40-е годы XX века использовались электромеханические реле , дополненные вакуумными лампами. Лампы выполняли роль диода, регулировать состояние которого можно было за счет понижения или повышения напряжения в цепи. Выглядели такие конструкции так:

Для работы одного исполинского компьютера нужны были сотни, иногда тысячи процессоров. Но, при этом, вы не смогли бы запустить на таком компьютере даже простенький редактор, как NotePad или TextEdit из штатного набора Windows и macOS. Компьютеру банально не хватило бы мощности.

2. Появление транзисторов

Первые полевые транзисторы появились еще в 1928 году. Но мир изменился лишь после появления так называемых биполярных транзисторов , открытых в 1947-м.

В конце 40-х физик-экспериментатор Уолтер Браттейн и теоретик Джон Бардин разработали первый точечный транзистор. В 1950 его заменил первый плоскостной транзистор, а в 1954 году небезызвестный производитель Texas Instruments анонсировал уже кремниевый транзистор.

Но настоящая революция наступила в 1959 году, когда ученый Жан Энри разработал первый кремниевый планарный (плоский) транзистор, который стал основой для монолитных интегральных схем.

Да, это немного сложно, поэтому давайте копнем немного глубже и разберемся с теоретической частью.

3. Как работает транзистор

Итак, задача такого электрического компонента как транзистор заключается в управлении током. Проще говоря, этот немного хитрый переключатель, контролирует подачу электричества.

Основное преимущество транзистора перед обычным переключателем в том, что он не требует присутствия человека. Т.е. управлять током такой элемент способен самостоятельно. К тому же, он работает намного быстрее, чем вы бы самостоятельно включали или отключали электрическую цепь.

Из школьного курса информатики вы, наверняка, помните, что компьютер «понимает» человеческий язык за счет комбинаций всего двух состояний: «включено» и «выключено». В понимании машины это состояние "0" или "1".

Задача компьютера заключается в том, чтобы представить электрический ток в виде чисел.

И если раньше задачу переключения состояний выполняли неповоротливые, громоздкие и малоэффективные электрические реле, то теперь эту рутинную работу взял на себя транзистор.

С начала 60-х транзисторы стали изготавливать из кремния, что позволило не только делать процессоры компактнее, но и существенно повысить их надежность.

Но сначала разберемся с диодом

Кремний (он же Si – "silicium" в таблице Менделеева) относится к категории полупроводников, а значит он, с одной стороны, пропускает ток лучше диэлектрика, с другой, – делает это хуже, чем металл.

Хочется нам того или нет, но для понимания работы и дальнейшей история развития процессоров придется окунуться в строение одного атома кремния. Не бойтесь, сделаем это кратко и очень понятно.

Задача транзистора заключается в усилении слабого сигнала за счет дополнительного источника питания.

У атома кремния есть четыре электрона, благодаря которым он образует связи (а если быть точным – ковалентные связи) с такими же близлежащими тремя атомами, формируя кристаллическую решетку. Пока большинство электронов находятся в связи, незначительная их часть способна двигаться через кристаллическую решетку. Именно из-за такого частичного перехода электронов кремний отнесли к полупроводникам.

Но столь слабое движение электронов не позволило бы использовать транзистор на практике, поэтому ученые решили повысить производительность транзисторов за счет легирования , а проще говоря – дополнения кристаллической решетки кремния атомами элементов с характерным размещением электронов.

Так стали использовать 5-валентную примесь фосфора, за счет чего получили транзисторы n-типа . Наличие дополнительного электрона позволило ускорить их движение, повысив пропуск тока.

При легировании транзисторов p-типа таким катализатором стал бор, в который входят три электрона. Из-за отсутствия одного электрона, в кристаллической решетке возникают дырки (выполняют роль положительного заряда), но за счет того, что электроны способны заполнять эти дырки, проводимость кремния повышается в разы.

Предположим, мы взяли кремниевую пластину и легировали одну ее часть при помощи примеси p-типа, а другую – при помощи n-типа. Так мы получили диод – базовый элемент транзистора.

Теперь электроны, находящиеся в n-части, будут стремится перейти в дырки, расположенные в p-части. При этом n-сторона будет иметь незначительный отрицательный, а p-сторона – положительный заряды. Образованное в результате этого «тяготения» электрическое поле –барьер, будет препятствовать дальнейшему перемещению электронов.

Если к диоду подключить источник питания таким образом, чтобы "–" касался p-стороны пластины, а "+" – n-стороны, протекание тока будет невозможно из-за того, что дырки притянутся в минусовому контакту источника питания, а электроны – к плюсовому, и связь между электронами p и n стороны будет утеряна за счет расширения объединенного слоя.

Но если подключить питание с достаточным напряжением наоборот, т.е. "+" от источника к p-стороне, а "–" – к n-стороне, размещенные на n-стороне электроны будут отталкиваться отрицательным полюсом и выталкиваться на p-сторону, занимая дырки в p-области.

Но теперь электроны притягивает к положительному полюсу источника питания и они продолжаются перемещаться по p-дыркам. Это явление назвали прямым смещением диода .

Диод + диод = транзистор

Сам по себе транзистор можно представить как два, состыкованных друг к другу диода. При этом p-область (та, где размещены дырки) у них становится общей и именуется «базой».

У N-P-N транзистора две n-области с дополнительными электронами – они же «эмиттер» и «коллектор» и одна, слабая область с дырками – p-область, именуемая «базой».

Если подключить источник питания (назовем его V1) к n-областям транзистора (независимо от полюса), один диод получит обратное смещение и транзистор будет находиться в закрытом состоянии .

Но, как только мы подключим еще один источник питания (назовем его V2), установив "+" контакт на «центральную» p-область (базу), а "–" контакт на n-область (эмиттер), часть электронов потечет по вновь образованной цепи (V2), а часть будет притягиваться положительной n-областью. В результате, электроны потекут в область коллектора, а слабый электрический ток будет усилен.

Выдыхаем!

4. Так как все-таки работает компьютер?

А теперь самое главное .

В зависимости от подаваемого напряжения, транзистор может быть либо открыт , либо закрыт . Если напряжение недостаточное для преодоления потенциального барьера (того самого на стыке p и n пластин) – транзистор будет находится в закрытом состоянии – в состоянии «выключен» или, говоря языком двоичной системы – "0".

При достаточно напряжении транзистор открывается, а мы получаем значение «включен» или "1" в двоичной системе.

Такое состояние, 0 или 1, в компьютерной индустрии назвали «битом».

Т.е. мы получаем главное свойство того самого переключателя, который открыл человечеству путь к компьютерам!

В первом электронном цифровом вычислителе ЭНИАК, а проще говоря – первом компьютере, использовалось около 18 тысяч ламп-триодов. Размер компьютера был сопоставим с теннисным кортом, а его вес составлял 30 тонн.

Для понимания работы процессора нужно понять еще два ключевых момента.

Момент 1 . Итак, мы определились с тем, что такое бит . Но с его помощью мы можем лишь получить две характеристики чего-либо: или «да» или «нет». Для того, чтобы компьютер научился понимать нас лучше, придумали комбинацию из 8 битов (0 или 1), которую прозвали байтом .

Используя байт можно закодировать число от нуля до 255. Используя эти 255 чисел – комбинаций нулей и единиц, можно закодировать все что угодно.

Момент 2. Наличие чисел и букв без какой-либо логики нам бы ничего не дало. Именно поэтому появилось понятие логических операторов .

Подключив всего два транзистора определенным образом, можно добиться выполнения сразу нескольких логических действий: «и», «или». Комбинация величины напряжения на каждом транзисторе и тип их подключения позволяет получить разные комбинации нулей и единиц.

Стараниями программистов значения нулей и единиц, двоичной системы, стали переводить в десятичную для того, чтобы мы могли понять, что именно «говорит» компьютер. А для ввода команд привычные нами действия, вроде ввода букв с клавиатуры, представлять в виде двоичной цепи команд.

Проще говоря, представьте, что есть таблица соответствия, скажем, ASCII, в которой каждой букве соответствует комбинация 0 и 1. Вы нажали кнопку на клавиатуре, и в этот момент на процессоре, благодаря программе, транзисторы переключились таким образом, чтобы на экране появилась та самая, написанная на клавише буква.

Это довольно примитивное объяснение принципа работы процессора и компьютера, но именно понимание этого позволяет нам двигаться дальше.

5. И началась транзисторная гонка

После того, как в 1952 году британский радиотехник Джеффри Дамер предложил размещать простейшие электронные компоненты в монолитном кристалле полупроводника, компьютерная индустрия сделал семимильный шаг вперед.

От интегральных схем, предложенных Дамером, инженеры быстро перешли на микрочипы , в основе которых использовались транзисторы. В свою очередь, нескольких таких чипов уже образовывали сам процессор .

Разумеется, что размеры таких процессоров мало чем схожи с современными. К тому же, вплоть до 1964 года у всех процессоров была одна проблема. Они требовали индивидуального подхода – свой язык программирования для каждого процессора.

• 1964 год IBM System/360. Компьютер, совместимый с универсальным программным кодом. Набор инструкций для одной модели процессора мог использоваться и для другой.
• 70-e годы. Появление первых микропроцессоров. Однокристальный процессор от Intel. Intel 4004 – 10 мкм ТП, 2 300 транзисторов, 740 КГц.
• 1973 год Intel 4040 и Intel 8008. 3 000 транзисторов, 740 КГц у Intel 4040 и 3 500 транзисторов при 500 кГц у Intel 8008.
• 1974 год Intel 8080. 6 мкм ТП и 6000 транзисторов. Тактовая частота около 5 000 кГц. Именно этот процессор использовался в компьютере Altair-8800. Отечетсвенная копия Intel 8080 – процессор КР580ВМ80А, разработанный Киевским НИИ микроприборов. 8 бит.
• 1976 год Intel 8080 . 3 мкм ТП и 6500 транзисторов. Тактовая частота 6 МГц. 8 бит.
• 1976 год Zilog Z80. 3 мкм ТП и 8500 транзисторов. Тактовая частота до 8 МГц. 8 бит.
• 1978 год Intel 8086 . 3 мкм ТП и 29 000 транзисторов. Тактовая частота около 25 МГц. Система команд x86, которая используется и сегодня. 16 бит.
• 1980 год Intel 80186 . 3 мкм ТП и 134 000 транзисторов. Тактовая частота – до 25 МГц. 16 бит.
• 1982 год Intel 80286. 1,5 мкм ТП и 134 000 транзисторов. Частота – до 12,5 МГц. 16 бит.
• 1982 год Motorola 68000 . 3 мкм и 84 000 транзисторов. Этот процессор использовался в компьютере Apple Lisa.
• 1985 год Intel 80386 . 1,5 мкм тп и 275 000 транзисторов.Частота – до 33 МГц в версии 386SX.

Казалось бы, продолжать список можно было бы до бесконечности, но тут инженеры Intel столкнулись с серьезной проблемой.

6. Закон Мура или как чипмейкерам жить дальше

На дворе конец 80-х. Еще в начале 60-х один из основателей компании Intel Гордон Мур формулировал так называемый «Закон Мура». Звучит он так:

Каждые 24 месяца количество транзисторов, размещенных на кристалле интегральной схемы, удваивается.

Назвать этот закон законом сложно. Вернее будет окрестить его эмпирическим наблюдением. Сопоставив темпы развития технологий, Мур сделал вывод, что может сформироваться подобная тенденция.

Но уже во время разработки четвертого поколения процессоров Intel i486 инженеры столкнулись с тем, что уже достигли потолка производительности и больше не могут разместить большее количество процессоров на той же площади. На тот момент технологии не позволяли этого.

В качестве решения был найден вариант с использованием рядом дополнительных элементов:

• кэш-памяти;
• конвейера;
• встроенного сопроцессора;
• множителя.

Часть вычислительной нагрузки ложилась на плечи этих четырех узлов. В результате, появление кэш-памяти с одной стороны усложнило конструкцию процессора, с другой – он стал значительно мощнее.

Процессор Intel i486 состоял уже из 1,2 млн транзисторов, а максимальная частота его работы достигла 50 МГц.

В 1995 году к разработке присоединяется компания AMD и выпускает самый быстрый на тот момент i486-совместимый процессор Am5x86 на 32-битной архитектуре. Изготавливался он уже по 350 нанометровому техпроцессу, а количество установленных процессоров достигло 1,6 млн штук. Тактовая частота повысилась до 133 МГц.

Но гнаться за дальнейшим наращиванием количества установленных на кристалле процессоров и развитии уже утопической архитектуры CISC (Complex Instruction Set Computing) чипмейкеры не решились. Вместо этого американский инженер Дэвид Паттерсон предложил оптимизировать работу процессоров, оставив лишь самые необходимые вычислительные инструкции.

Так производители процессоров перешли на платформу RISC (Reduced Instruction Set Computing]. Но и этого оказалось мало.

В 1991 году выходит 64-битный процессор R4000, работающий на частоте 100 МГц. Через три года появляется процессор R8000, а еще через два года – R10000 с тактовой частотой вплоть до 195 МГц. Параллельно развивался рынок SPARC-процессоров, особенностью архитектуры которых стало отсутствие инструкций умножения и деления.

Вместо борьбы за количество транзисторов, производители чипов стали пересматривать архитектуру их работы . Отказ от «ненужных» команд, выполнение инструкций в один такт, наличие регистров общего значения и конвейеризация позволили оперативно наращивать тактовую частоту и мощность процессоров, не извращаясь с количеством транзисторов.

Вот лишь некоторые из появившихся с период с 1980 по 1995 год архитектур:

• SPARC;
• ARM ;
• PowerPC;
• Intel P5;
• AMD K5;
• Intel P6.

В их основе лежала платформа RISC, а в некоторых случаях и частичное, совмещенное использование CISC-платформы. Но развитие технологий вновь подталкивало чипмейкеров продолжить наращивание процессоров.

В августе 1999 года на рынок выходе AMD K7 Athlon, изготовленный по 250 нанометровому техпроцессу и включающий 22 млн транзисторов. Позднее планку подняли до 38 млн процессоров. Потом до 250 млн.

Увеличивался технологический процессор, росла тактовая частота. Но, как гласит физика, всему есть предел.

7. Конец транзисторных соревнований близко

В 2007 году Гордон Мур выступил с весьма резким заявлением:

Закон Мура скоро перестанет действовать. Устанавливать неограниченное количество процессоров до бесконечности невозможно. Причина тому - атомарная природа вещества.

Невооруженным глазом заметно, что два ведущих производителям чипов AMD и Intel последние несколько лет явно замедлили темпы развития процессоров. Точность технологического процесса выросла всего до нескольких нанометров, но размещать еще больше процессоров невозможно.

И пока производители полупроводников грозятся запустить многослойные транзисторы, проводя параллель с 3DNand памятью, у упершейся в стену архитектуры x86 еще 30 лет назад появился серьезный конкурент.

8. Что ждет «обычные» процессоры

«Закон Мура» признан недействительным еще с 2016 года. Об этом официально заявил крупнейший производитель процессоров Intel. Удваивать вычислительную мощность на 100% каждые два года чипмейкеры больше не состоянии.

И теперь у производителей процессоров есть несколько малоперспективных вариантов.

Первый вариант – квантовые компьютеры . Попытки построить компьютер, который использует для представления информации частицы, уже были. В мире существует несколько подобных квантовых устройств, но они способны справляться лишь с алгоритмами небольшой сложности.

К тому же, о серийном запуске подобных устройств в ближайшие десятилетия не может идти и речи. Дорого, неэффективно и… медленно!

Да, квантовые компьютеры потребляют намного меньше энергии, чем их современные коллеги, но при этом работать они будут медленнее до тех пор, пока разработчики и производители комплектующих не перейдут на новую технологию.

Второй вариант – процессоры со слоями транзисторов . О данной технологии всерьез задумались и в Intel, и в AMD. Вместо одного слоя транзисторов планируют использовать несколько. Похоже, что в ближайшие годы вполне могут появится процессоры, в которых будут важны не только количество ядер и тактовая частота, но и количество транзисторных слоев.

Решение вполне имеет право на жизнь, и таким образом монополистам удастся доить потребителя еще пару десятков лет, но, в конце концов, технология опять-таки упрется в потолок.

Сегодня же, понимая стремительное развитие ARM-архитектуры, Intel провела негромкий анонс чипов семейства Ice Lake. Процессоры будут изготавливаться по 10-нанометровому технологическому процессу и станут основой для смартфонов, планшетов и мобильных устройств. Но произойдет это в 2019 году.

9. Будущее за ARM

Итак, архитектура x86 появилась в 1978 году и относится к типу платформы CISC. Т.е. сама по себе она предполагает наличие инструкций на все случаи жизни. Универсальность – главный конек x86.

Но, в тоже время, универсальность сыграла с этими процессорами и злую шутку. У x86 есть несколько ключевых недостатков:

• сложность команд и откровенная их запутанность;
• высокое потребление энергии и выделение теплоты.

За высокую производительность пришлось попрощаться с энергоэффективностью. Более того, над архитектурой x86 сейчас трудятся две компании, которых можно смело отнести к монополистам. Это Intel и AMD. Производить x86-процессоры могут только они, а значит и правят развитием технологий только они.

В тоже время разработкой ARM (Arcon Risk Machine) занимаются сразу несколько компания. Еще в 1985 году в качестве основы для дальнейшего развития архитектуры разработчики выбрали платформу RISC.

В отличие от CISC, RISC предполагает разработку процессора с минимально необходимым количеством команд, но максимальной оптимизацией. Процессоры RISC намного меньше CISC, более энергоэффективны и просты.

Более того, ARM изначально создавался исключительно как конкурент x86. Разработчики ставили задачу построить архитектуру, более эффективную чем x86.

Еще с 40-х годов инженеры понимали, что одной из приоритетных задач остается работа над уменьшением габаритов компьютеров, а, в первую очередь - самих процессоров. Но вряд ли почти 80 лет назад кто-либо мог предположить, что полноценный компьютер будет меньше спичечного коробка.

Архитектуру ARM в свое время поддержала компания Apple, запустив производство планшетов Newton на базе семейства ARM-процессоров ARM6.

Продажи стационарных компьютеров стремительно падают, в то время как количество ежегодно реализуемых мобильных устройств уже исчисляется миллиардами. Зачастую, помимо производительности, при выборе электронного гаджета пользователя интересуют еще несколько критериев:

• мобильность;
• автономность.

x86 архитектура сильна в производительности, но стоит вам отказаться от активного охлаждения, как мощный процессор покажется жалким на фоне архитектуры ARM.

10. Почему ARM – неоспоримый лидер

Вряд ли вы будете удивлены, что ваш смартфон, будь то простенький Android или флагман Apple 2016 года в десятки раз мощнее полноценных компьютеров эпохи конца 90-х.

Но во сколько мощнее тот же айфон?

Само по себе сравнение двух разных архитектур – штука очень сложная. Замеры здесь можно выполнить лишь приблизительно, но понять то колоссальное преимущество, что дает построенные на ARM-архитектуре процессоры смартфона, можно.

Универсальный помощник в таком вопросе – искусственный тест производительности Geekbench. Утилита доступна как на стационарных компьютерах, так и на Android и iOS платформах.

Средний и начальный класс ноутбуков явно отстает от производительности iPhone 7. В топовом сегменте все немного сложнее, но в 2017 году Apple выпускает iPhone X на новом чипе A11 Bionic.

Там, уже знакомая вам архитектура ARM, но показатели в Geekbench выросли почти вдвое. Ноутбуки из «высшего эшелона» напряглись.

А ведь прошел всего один год.

Развитие ARM идет семимильными шагами. Пока Intel и AMD год за годом демонстрируют 5 – 10% прирост производительности, за тот же период производители смартфонов умудряются повысить мощность процессоров в два – два с половиной раза.

Скептически настроенным пользователям, которые пройдутся по топовым строчкам Geekbench лишь хочется напомнить: в мобильных технологиях размер – это то, что прежде всего имеет значение.

Установите на стол моноблок с мощным 18-ядерный процессором, который «в клочья разрывает ARM-архитектуру», а затем положите рядом iPhone. Чувствуете разницу?

11. Вместо вывода

Объять 80-летнюю историю развития компьютеров в одном материале невозможно. Но, прочитав данную статью, вы сможете понять как устроен главный элемент любого компьютера – процессор, и чего стоит ждать от рынка в последующие годы.

Безусловно, Intel и AMD буду работать над дальнейшим наращиванием количества транзисторов на одном кристалле и продвигать идею многослойных элементов.

Но нужна ли вам как покупателю такая мощность?

Вряд ли вас не устраивает производительность iPad Pro или флагманского iPhone X. Не думаю, что вы недовольны производительностью расположившейся на кухне мультиварки или качеством картинки на 65-дюймовом 4K-телевизоре. А ведь во всех этих устройствах используются процессоры на ARM-архитектуре.

Windows уже официально заявила, что с интересом смотрит в сторону ARM. Поддержку этой архитектуры компания включила еще в Windows 8.1, а ныне активно работает над тандемом с ведущим ARM-чипмейкером Qualcomm.

На ARM успела посмотреть и Google – операционная система Chrome OS поддерживает эту архитектуру. Появились сразу несколько дистрибутивов Linux, которые также совместимы с данной архитектурой. И это только начало.

И лишь попробуйте на минутку представить, каким приятным будет сочетание энергоэффективного ARM-процессора с графеновым аккумулятором. Именно эта архитектура позволит получить мобильные эргономичные гаджеты, которые смогут диктовать будущее.

4.62 из 5, оценили: 34 )

Главная » Покупка и продажа » Что значит атмосферный двигатель и как устроен атмосферник. Что значит битурбированный двигатель Так как все-таки работает компьютер